縱觀社會發(fā)展史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。在數(shù)字化時代，通過數(shù)字化技術(shù)加快能源轉(zhuǎn)型已成為行業(yè)共識。但是能源行業(yè)存在的體制、機制、市場、技術(shù)等多重壁壘，為轉(zhuǎn)型帶來了新的挑戰(zhàn)。
碳中和背景下，未來能源體系將面臨著一系列難題，如何理解未來電力系統(tǒng)的架構(gòu)及實現(xiàn)路徑？數(shù)字化技術(shù)又將如何加快能源轉(zhuǎn)型？
縱觀社會發(fā)展史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。在數(shù)字化時代，通過數(shù)字化技術(shù)加快能源轉(zhuǎn)型已成為行業(yè)共識。但是能源行業(yè)存在的體制、機制、市場、技術(shù)等多重壁壘，為轉(zhuǎn)型帶來了新的挑戰(zhàn)。
01
未來能源發(fā)展的主要問題
面對“2030碳達峰、2060碳中和目標”，新能源與化石能源在總能耗中的比例，將從目前的15%VS85%，轉(zhuǎn)變?yōu)?5%VS15%，這會引發(fā)能源行業(yè)顛覆性的變革。未來40年將分為幾個發(fā)展階段，各個發(fā)展階段細化的目標以及技術(shù)的進步，將為能源類企業(yè)帶來哪些新的市場機遇需要研究。
能源變革離不開政府對市場的政策引導(dǎo)，在能源快速變化發(fā)展的過程中，政府可能制定并頒發(fā)相應(yīng)的政策，如進一步推進可再生能源政府補貼與綠證交易、碳交易、新能源替代等，指引發(fā)展方向，同時構(gòu)建有效競爭的市場主體和市場體系，還原能源商品屬性，激發(fā)市場活力，鼓勵各市場主體充分參與，讓市場發(fā)揮資源配置的決定性作用。電力企業(yè)需要探討這一形勢變化可能對行業(yè)的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)產(chǎn)生的影響。
（一）電網(wǎng)側(cè)，現(xiàn)有的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行管控方式，很難保證大規(guī)?？稍偕茉唇尤牒拖{。現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)度體系，很難適應(yīng)大量不可控、不可調(diào)新能源接入，高度離散的新能源發(fā)電設(shè)備和高度離散的參與電網(wǎng)負荷變化調(diào)整的設(shè)備很難進入現(xiàn)有調(diào)度體系，電網(wǎng)的靈活性、可靠性和安全性將受到嚴重影響。從技術(shù)層面看，可再生能源發(fā)電、儲能等一些瓶頸性技術(shù)尚未突破，技術(shù)方向仍未清晰，導(dǎo)致電力系統(tǒng)難以承受無任何約束的新能源大規(guī)模發(fā)展。如何將高度離散化的設(shè)備規(guī)?；募?，可調(diào)可控，即插即用，或能實現(xiàn)自我平衡，亟需在規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行中探索新的做法。
（二）發(fā)電側(cè)，化石能源發(fā)電廠，尤其是煤電逐步退出市場將成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。從目前電源結(jié)構(gòu)看，化石燃料發(fā)電仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，在未來40年的脫碳進程中，化石能源電力基礎(chǔ)設(shè)施將逐漸失去主導(dǎo)地位，要找準新定位挖掘新價值，部分電廠不可避免地面臨資產(chǎn)沉沒的風險，化石能源電廠如何退出市場，電力設(shè)計、施工企業(yè)將在其演變過程中發(fā)揮何種作用都需要進一步探索。
（三）用電側(cè)，用電終端將呈現(xiàn)復(fù)雜多樣化的趨勢。用戶側(cè)可能包括電網(wǎng)供電、自發(fā)電、儲能設(shè)備、充電汽車、空調(diào)冰箱等，既是電力的使用端，又可能是參與到電網(wǎng)負荷變化調(diào)節(jié)的設(shè)備，又可能面臨電氣冷熱綜合用能調(diào)節(jié)的需求，情況呈現(xiàn)出復(fù)雜化，自主平衡要求進一步加大，自主支撐能力要進一步加強。用戶資產(chǎn)參與電網(wǎng)負荷變化調(diào)節(jié)，可以大幅度降低電力總投資，但現(xiàn)有的技術(shù)手段及運行模式距離這一目標的實現(xiàn)存在很大差距，但也存在巨大的市場空間。
02
核心方向與架構(gòu)設(shè)計
從解決上述問題的角度出發(fā)，可以基于現(xiàn)有電網(wǎng)不斷完善、優(yōu)化、提升，以適應(yīng)新能源的大量投入；也可以基于未來新技術(shù)介入支撐新電網(wǎng)，反過來迎接大量新能源的投入，比如從增量電網(wǎng)、微網(wǎng)開始，去提前改革適應(yīng)，等在下一個路口。
（一）“數(shù)字化+可再生能源時代”電力系統(tǒng)的架構(gòu)。未來的能源體系是以可再生能源為主的體系。未來的電力系統(tǒng)架構(gòu)可能是“NET+GRID+NET”模式，它的系統(tǒng)分工、組織模式、控制方式將會發(fā)生變化。
NET結(jié)構(gòu)是一種扁平化的自平衡結(jié)構(gòu)，具有三個特征：第一是多能協(xié)同、源網(wǎng)荷儲一體，即負荷與電源不分；第二是要基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺、區(qū)塊鏈和智能控制，把新能源的不可控、不可調(diào)變成可控、可調(diào)；第三是要用兩端的NET，來保證中間GRID更好地發(fā)揮作用，解決電網(wǎng)未來可能出現(xiàn)的問題。
電網(wǎng)可能形成新的GRID架構(gòu)，成為核心管道，貫通上下游，調(diào)節(jié)上下游，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行方式和管控模式可能發(fā)生根本性改變，需要可再生能源發(fā)電技術(shù)、電網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的持續(xù)進步來支撐。GRID未來可能趨向公益化，擺脫既要承擔電力改革的中間主體責任又要承擔市場主體的責任，進一步離開兩端電力市場，真正起到公平調(diào)節(jié)平衡作用；擺脫既要照顧方方面面的利益又要通過五級調(diào)度來保證電網(wǎng)的安全的責任，進一步強化安全逐層分工合作，讓各主體首先負起安全責任，實現(xiàn)自我安全平衡。
基于政策、市場規(guī)則和數(shù)字化智能控制平臺，GRID和兩端NET之間責權(quán)利將更加明確，更多的NET資產(chǎn)將進入市場，成為市場競爭主體的一部分。隨著技術(shù)的進步、政策的明確和市場規(guī)則的完善，納入NET市場化的GRID資產(chǎn)越來越多，GRID主要承擔解決大的區(qū)域性能源不平衡和各NET的應(yīng)急責任，靈活性、可靠性、安全性、可接入性、可及性壓力將主要由NET企業(yè)承擔。
（二）電源側(cè)NET。未來具有規(guī)模性的發(fā)電市場可能形成電源側(cè)的NET，是基于低碳環(huán)保、高質(zhì)量發(fā)展的規(guī)劃、建設(shè)、運營的“風光水火儲一體化”電源側(cè)NET結(jié)構(gòu)。電源側(cè)將根據(jù)資源稟賦，可能形成多個基于數(shù)字化智能控制的風光水火儲等多種形式的一體化控制平行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（NET），基于資本連接的市場主體或者基于數(shù)字平臺的虛擬市場主體，最大限制的分擔電網(wǎng)（GRID）靈活性壓力。未來電源側(cè)，可形成多種類型的NET，由一個電源、多個電源等各類電源NET自平衡控制節(jié)點組成，這些節(jié)點基于低碳、報價等實現(xiàn)自平衡、自我控制。類似虛擬聯(lián)合電廠運營模式將大量出現(xiàn)，不同能源主體之間基于碳，可能形成新的交易形式并且自動運行，這一全新的架構(gòu)需要新的自動化體系、控制體系、結(jié)算體系，需要新的基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)的支撐。
（三）未來用電側(cè)的NET結(jié)構(gòu)。隨著用能方式的多樣化，可能形成“源網(wǎng)荷儲一體化”的用戶側(cè)NET架構(gòu)。隨著對復(fù)雜性、即時性要求的不斷提高，智慧化實踐應(yīng)運而生，未來可能形成多個基于數(shù)字化智能控制的多能協(xié)同、源網(wǎng)荷儲不分的，能夠?qū)崿F(xiàn)自我平衡的智慧能源網(wǎng)絡(luò)（NET），共同分擔電網(wǎng)（GRID）的靈活性、可靠性、安全性、可及性壓力。智慧能源網(wǎng)絡(luò)以實體或虛擬的形式呈現(xiàn)，但都是真正的市場競爭主體。
未來，一個家庭可能作為一個NET節(jié)點，如何自我調(diào)節(jié)、自我平衡，如何在電網(wǎng)、調(diào)度、用戶之間確保安全進行交互，如何讓設(shè)備、電網(wǎng)、用戶之間就利益提前設(shè)定進行交互，如何就電氣冷熱低碳低成本綜合實時平衡進行控制，需要有新的辦法來解決。一個家庭，一棟建筑物，一所醫(yī)院，一個小區(qū)，一個區(qū)域等都將形成不同規(guī)模的NET。
（四）未來能源的調(diào)度模式。傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度模式，面對不可控、不可調(diào)的大量新能源的接入，如何調(diào)度、如何實現(xiàn)新的平衡、如何控制安全穩(wěn)定，都是需要關(guān)注的問題。分散的屋頂太陽能、充電汽車、家用設(shè)備等參加電網(wǎng)調(diào)節(jié)，將更加復(fù)雜，需要在電網(wǎng)、汽車家用設(shè)備（端）等之間建立有效的溝通協(xié)調(diào)，需要在端平臺、邊緣平臺、云平臺間實現(xiàn)自動化的調(diào)度通信，需要充分融合信息化、數(shù)字化、智能化手段，建立自動化、智慧化的智慧能源新體系，形成在確保GRID平衡下的各NET節(jié)點實時自我智慧平衡，這一個全新的體系需要攻關(guān)。
探討如何實現(xiàn)自動交易，對離散資源實現(xiàn)規(guī)?；刂?。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的相互直接、間接自動平衡交易、碳交易等等，標定清楚每一度電、每一個碳的來源，實現(xiàn)交易自動化。
（五）數(shù)字化平臺對未來能源系統(tǒng)的作用。未來智慧能源“NET+GRID+NET”“風光水火核儲一體化”“源網(wǎng)荷儲一體化”的自動化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、市場系統(tǒng)、結(jié)算系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等，將會改變。
新體系的建立，需要強大的信息化、數(shù)字化平臺協(xié)同，需要物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺、區(qū)塊鏈、智能控制等全面支撐，需要建立新的數(shù)字體系、數(shù)據(jù)平臺和數(shù)學模型，建立跨平臺、跨維度、跨區(qū)域、跨業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)孿生體，需要新的基于數(shù)據(jù)孿生體電源端平臺、基于超級數(shù)據(jù)孿生體區(qū)域電源邊平臺和基于超級數(shù)據(jù)孿生體電源控制協(xié)同云平臺，需要借助云、邊、端等一體化強大的算力支持。
基于大數(shù)據(jù)的各類技術(shù)，自我平衡、互相平衡、實時平衡、安全平衡、碳平衡、碳中和等新技術(shù)，新體系，新能力，率先擁有意味著在未來的能源變革中擁有核心競爭力，占有主動權(quán)。
（六）未來智慧能源新體系的工程全生命管理架構(gòu)。“NET+GRID+NET”、“風光水火核儲一體化”、“源網(wǎng)荷儲一體化”，基于碳控制，新能源規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維全產(chǎn)業(yè)鏈、全過程、全壽命的工程架構(gòu)將發(fā)生變革。不同主體之間如何規(guī)劃、策劃、投資、建設(shè)，以及面對高度離散的電源點，規(guī)劃新的模式、新的操作方式，并網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量如何保證等等，傳統(tǒng)電力建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計、施工企業(yè)以何種方式參與到市場競爭中，都是值得研究的。
03
技術(shù)路線與行動方案
面向未來，要抓住這一重大戰(zhàn)略、重大需求和重大市場機遇，加快做好頂層設(shè)計，提前做好準備。隨著大量新能源接入，大批新政策出臺，要提前研究、預(yù)測變化、提供支持。研究目標包括三個方面：第一是支撐高比例可再生能源開發(fā)；第二是提高行業(yè)合規(guī)管理的效能；第三是降低行業(yè)和社會的整體成本。
面對大量新能源接入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)可能采取的平衡策略包括：第一，為增加可靠性，大量建設(shè)化石能源電廠，這與目前政策相背離，也整體推高電力系統(tǒng)的成本；第二，加快抽水蓄能等具有高度靈活性的新型電源建設(shè)，既能解決電力，也能解決電量，但也存在政策不到位，整體推高電力系統(tǒng)成本的問題；第三，建設(shè)各類小容量靠近負荷離散配置的儲能設(shè)施；第四，負荷跟隨電網(wǎng)的波動參與到電網(wǎng)調(diào)節(jié)，大量降低電力系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)備的投入，但要大量投入智能化、智慧化設(shè)施。
針對電廠、電網(wǎng)、綜合能源、智慧能源、智慧社區(qū)等建設(shè)，如何更好地發(fā)揮信息化、數(shù)字化手段的作用？針對大量新能源建設(shè)，新能源規(guī)劃、建設(shè)、運維等領(lǐng)域信息化和產(chǎn)業(yè)化將有哪些新的市場機會？
從技術(shù)體系上，云、邊、端，算力部署，云支邊，邊支端，需進一步研究演變及部署路徑。
從底層技術(shù)上，電力數(shù)字化技術(shù)體系分為五個層級：一是多維度數(shù)據(jù)采集平臺。通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、5G、北斗等技術(shù)，建立物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)，全面感知工程生命特征。具備“多維”“高頻”“高精度”采集和傳輸數(shù)據(jù)的能力，實現(xiàn)更加全面的數(shù)據(jù)采集。二是融合的一體化數(shù)據(jù)庫平臺。通過物理集中或邏輯集中，把不同類型的、不同標準的數(shù)據(jù)存好、管好。三是可視化的數(shù)據(jù)管理平臺?；谖锢韺ο蟊孀R的數(shù)據(jù)管理，基于GIS+BIM的時空大數(shù)據(jù)，活靈活現(xiàn)的展示數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)關(guān)系，上、下、左、右，過去、今天和未來，在物理空間三維重現(xiàn)、孿生，讀懂數(shù)據(jù)是應(yīng)用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。四是多層多模的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用平臺。靈活的、能全面調(diào)用、能加載模型的數(shù)據(jù)開發(fā)平臺，把大腦建在云上，在云上建立數(shù)據(jù)中臺，建立數(shù)據(jù)加工中心（中央廚房）。五是多場景數(shù)據(jù)應(yīng)用展示平臺。包括大屏，計算機，手機，應(yīng)用系統(tǒng)、APP等等。通過五個平臺提高泛在的連接能力、強大的云資源能力、數(shù)據(jù)融合能力、賦能增值能力和安全能力。建立各個層面的數(shù)據(jù)一體化，各項業(yè)務(wù)建在數(shù)據(jù)之上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動，業(yè)務(wù)智能化。
從技術(shù)應(yīng)用上，需要研究開發(fā)新的產(chǎn)品。制約的技術(shù)并不多，關(guān)鍵是缺少應(yīng)用場景，用場景組合技術(shù)。例如，一是建設(shè)高度離散的新能源規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維平臺；二是建設(shè)新能源的一體化運維平臺；三是就高度離散設(shè)備（充電汽車、家用電器等）參與電網(wǎng)負荷變化調(diào)節(jié)的新體系、新技術(shù)、新平臺、新能力開展研究等等。
從布局上，著眼于高比例可再生能源接入，各類能源綜合利用后，實現(xiàn)高可靠低成本能源利用方式的新體系、新架構(gòu)、新平臺、新技術(shù)，逐步去層層挖深、挖透。目標上從大到小，實施上從小到大。這些研究時間緊、任務(wù)重、發(fā)展快，需要邊研究、邊示范、邊推廣，邊交流、邊提升，各個項目之間協(xié)同推進、共同提升。應(yīng)有所為有所不為，研究判斷長期堅持的項目和短期見效的項目，長期效益與短期效益相結(jié)合。
電源側(cè)、送端，規(guī)劃：“風光水火儲一體化”，基于數(shù)字化智能控制，發(fā)電基本平衡的一體化的平行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（NET），如何規(guī)劃、設(shè)計、預(yù)測。未來能否基于一個集團、一個地區(qū)，基于碳中和，基于各種資源、能源成本最低化，來規(guī)劃測算電源點的選擇、配置和聯(lián)合調(diào)度運行。
電源側(cè)利用大數(shù)據(jù)，更好的規(guī)劃、設(shè)計，在獲取市場、規(guī)劃開發(fā)資源、服務(wù)用戶的同時，為建設(shè)、運營提供幫助。同時，挖掘建設(shè)、運營積累大數(shù)據(jù)價值，更好地服務(wù)于規(guī)劃、設(shè)計。
用戶側(cè)、受端，規(guī)劃：“源網(wǎng)荷儲一體化”，基于數(shù)字化智能控制的多能協(xié)同、源荷儲不分的能夠?qū)崿F(xiàn)自我平衡的智慧能源網(wǎng)絡(luò)（NET），如何規(guī)劃、設(shè)計、預(yù)測、平衡，未來能否從一個家庭、一棟樓宇、一個（社、園）小區(qū)等出發(fā)，遞進研究，一方面整體去運作，另一方面作為配套體系參與社會各類競爭主體之中。
以云控平臺為基礎(chǔ)，建立各個用電單元智慧能源規(guī)劃、設(shè)計、運營、維護平臺，建立每一臺設(shè)備的IP地址，運用5G通信，把變電站、數(shù)據(jù)中心、充電基地聯(lián)合起來。